Širina glavnog režnja i nivo bočnih režnja

Širina DN (glavnog režnja) određuje stepen koncentracije zračene elektromagnetne energije. DN širina je ugao između dva smjera unutar glavnog režnja, u kojem je amplituda jačine elektromagnetnog polja 0,707 od maksimalne vrijednosti (ili 0,5 od maksimalne vrijednosti u smislu gustine snage). Širina DN je označena na sljedeći način:

2i je širina BP u smislu snage na nivou od 0,5;

2i - širina DN u napetosti na nivou od 0,707.

Indeks E ili H označava širinu DN u odgovarajućoj ravni: 2i, 2i. Nivo snage od 0,5 odgovara nivou jačine polja od 0,707 ili -3 dB nivou na logaritamskoj skali:

Eksperimentalno, širina BP može se prikladno odrediti iz grafikona, na primjer, kao što je prikazano na slici 11.

Slika 11

Nivo bočnih režnjeva antenskog dijagrama određuje stepen lažnog zračenja antene elektromagnetnog polja. To utiče na kvalitet elektromagnetne kompatibilnosti sa obližnjim radioelektronskim sistemima.

Relativni nivo bočnog režnja je odnos amplitude jačine polja u pravcu maksimuma prvog bočnog režnja prema amplitudi jačine polja u pravcu maksimuma glavnog režnja (slika 12):

Slika 12

Ovaj nivo se izražava u apsolutnim jedinicama, ili u decibelima:

Pojačanje usmjerene i predajne antene

Faktor usmjerenog djelovanja (faktor usmjerenosti) kvantitativno karakterizira usmjerena svojstva prave antene u poređenju sa referentnom neusmjerenom (izotropnom) antenom s DP u obliku kugle:

KND je broj koji pokazuje koliko je puta gustoća toka snage P (u, q) stvarne (usmjerene) antene veća od gustoće fluksa snage P (u, q) referentne (neusmjerene) antene za istu smjeru i na istoj udaljenosti, pod uslovom da su snage zračenja antena iste:

Uzimajući u obzir (25), možete dobiti:

Pojačanje antene (GF) je parametar koji uzima u obzir ne samo svojstva fokusiranja antene, već i njenu sposobnost pretvaranja jedne vrste energije u drugu.

NS je broj koji pokazuje koliko je puta gustoća toka snage P (u, q) stvarne (usmjerene) antene veća od gustoće toka snage PE (u, q) referentne (neusmjerene) antene za isti smjer i na istoj udaljenosti, pod uslovom da su snage koje se napajaju antenama iste.

Dobitak se može izraziti u terminima KND:

gde je efikasnost antene. U praksi koriste - pojačanje antene u pravcu maksimalnog zračenja.

Fazni dijagram usmjerenja. Koncept faznog centra antene

Fazni obrazac je zavisnost faze elektromagnetnog polja koje emituje antena o ugaonim koordinatama.

Budući da su u dalekoj zoni antene vektori polja E i H u fazi, onda je fazni uzorak jednako povezan sa električnom i magnetskom komponentom EMF-a koje emituje antena. Faza DP se označava na sljedeći način: W = W (u, q) na r = const.

Ako je W (u, q) = const pri r = const, onda to znači da antena formira front faznog talasa u obliku kugle. Centar ove sfere, u kojem se nalazi ishodište koordinatnog sistema, naziva se fazni centar antene (FCA). Treba napomenuti da nemaju sve antene fazni centar.

Za antene sa faznim centrom i višestrukim amplitudama sa jasnim nulama između njih, faza polja u susjednim režnjevima razlikuje se za p (180 °). Odnos između amplitudnog i faznog dijagrama zračenja iste antene ilustrovan je na slici 13.

Slika 13 - Amplitudni i fazni obrazac

Smjer prostiranja EMW-a i položaj njegovog faznog fronta u svakoj tački prostora međusobno su okomiti.

U idealnom slučaju, snop usmjeren antenom prema satelitu trebao bi biti u obliku oštre olovke. Nažalost, pošto je talasna dužina mala u poređenju sa otvorom antene (prečnikom), fiksna fokusna tačka nije baš tačna. Ovo uzrokuje blagu divergenciju glavnog snopa i neželjeno hvatanje signala izvan ose. Rezultirajući polarni dijagram sastoji se od uskog snopa tzv glavna latica i niz bočnih režnjeva manje amplitude.

Tipični obrazac zračenja parabolika
reflektor u polarnom koordinatnom sistemu

Budući da je polarne dijagrame često teško interpretirati, pravokutni prikaz je poželjniji. Normalizovana teorijska karakteristika signala za ravnomerno ozračenu antenu prečnika 65 cm na frekvenciji od 11 GHz prikazana je na slici:

Naime, gore navedeni faktori će doprinijeti unošenju nepravilnosti u ovu karakteristiku, ali će opća slika prikazane zavisnosti ostati nepromijenjena.

Pozadinski šum ulazi u antenski sistem uglavnom preko bočnih snopova, pa je važno da oni budu što manji u odnosu na amplitudu glavnog režnja. Ravnomjerno ozračena antena teoretski stvara prvi i najveći od ovih bočnih režnjeva na oko -17,6 dB ispod maksimalnog glavnog režnja.

U praksi, izloženost je rijetko ujednačena. Preciznost distribucije zračenja zavisi od tipa ugrađenog osvetljivača. Ovo nas dovodi do koncepta efektivne površine ili efikasnosti antenskog sistema. Drugim riječima, većina jačine signala se prikuplja od centra ogledala i smanjuje se prema vanjskim rubovima antene. Stoga, slab otvor reflektora antene može poslužiti kao zaštita od pozadinske buke.

Nepotpuno (nedovoljno) zračenje ogledala smanjuje nivo prvog bočnog režnja na manje od -20 dB, čime se smanjuje efekat pozadinske buke. Na prvi pogled ovo rješenje izgleda idealno, ali dovodi do nekih neželjenih posljedica - smanjenja pojačanja antene i odgovarajućeg povećanja širine snopa (glavnog režnja). Glavna karakteristika dijagrama zračenja antene je njegova širina pola snage, koja se računa kao širina glavnog režnja dijagrama na nivou od -3 dB. Jednačine koje se koriste za izračunavanje širine snopa na bilo kom nivou glavnog režnja su složene i dugotrajne za izvođenje. Međutim, parametri kao što su širina glavnog režnja -3dB, amplituda prvog bočnog režnja i prva nulta (zarez) lokacija, u zavisnosti od specificirane metode ozračivanja, mogu se lako izračunati koristeći izraze u tabeli ispod. Kosinusna distribucija je blizu srednje vrednosti, a ako je metod primljene ekspozicije nepoznat, može se koristiti kao prva aproksimacija pri izračunavanju širine snopa -3 dB.

Smanjenje nivoa bočnih režnjeva reflektorskih antena postavljanjem metalnih traka u otvor

Akiki D, Biayneh V., Nassar E., Kharmush A,

Univerzitet Notre Dame, Tripoli, Liban

Uvod

U svijetu sve veće mobilnosti, postoji sve veća potreba za ljudima da komuniciraju i pristupaju informacijama, bez obzira na to gdje se informacije nalaze ili pojedinac. Iz ovih razmatranja, ne može se poreći da je telekomunikacija, odnosno prijenos signala na daljinu, apsolutna obaveza. Zahtjevi za bežičnim komunikacionim sistemima za njihovo savršenstvo i sveprisutnost dovode do toga da je potrebno razvijati sve efikasnije sisteme. Prilikom poboljšanja sistema, glavni početni korak je poboljšanje antena, koje su glavni gradivni blokovi sadašnjih i budućih bežičnih komunikacionih sistema. U ovoj fazi, poboljšanjem kvaliteta parametara antene, podrazumijevamo smanjenje nivoa njenih bočnih režnjeva njenog dijagrama usmjerenja. Smanjenje nivoa bočnih režnjeva, naravno, ne bi trebalo da utiče na glavni režanj dijagrama. Snižavanje nivoa bočnih režnjeva je poželjno jer za antene koje se koriste kao prijemne antene, bočni režnjevi čine sistem ranjivijim na neželjene signale. Kod odašiljačkih antena, bočni režnjevi smanjuju sigurnost informacija, jer signal može primiti neželjena strana koja prima. Glavna poteškoća je da što je viši nivo bočnih režnjeva, veća je vjerovatnoća interferencije u smjeru bočnog režnja s najvišim nivoom. Uz to, povećanje nivoa bočnog loba znači da se snaga signala nepotrebno gubi. Urađeno je dosta istraživanja (vidi, na primjer), ali svrha ovog članka je razmatranje metode „pozicioniranja traka“, koja se pokazala jednostavnom, efikasnom i jeftinom. Bilo koja parabolična antena

može se dizajnirati ili čak modificirati korištenjem ove metode (slika 1) kako bi se smanjile smetnje između antena.

Međutim, provodne trake moraju biti vrlo precizno postavljene kako bi se postiglo smanjenje nivoa bočnih režnjeva. U ovom članku, metoda "pozicioniranja trake" testirana je eksperimentom.

Opis zadatka

Problem je formuliran na sljedeći način. Za određenu paraboličnu antenu (slika 1) potrebno je sniziti nivo prvog bočnog režnja. Dijagram zračenja antene nije ništa drugo do Fourierova transformacija pobudne funkcije otvora antene.

Na sl. 2 prikazana su dva dijagrama parabolične antene - bez pruga (puna linija) i sa prugama (linija prikazana sa *), ilustrujući činjenicu da kada se koriste trake, nivo prvog bočnog režnja opada, međutim, nivo glavnog režanj se takođe smanjuje, a nivo se takođe menja.ostale latice. Ovo pokazuje da je položaj pruga vrlo kritičan. Neophodno je postaviti trake tako da se širina glavnog režnja pola snage ili pojačanje antene značajno ne mijenjaju. Nivo zadnjeg režnja se takođe ne bi trebalo primetno promeniti. Povećanje nivoa preostalih latica nije toliko značajno, jer je nivo ovih latica obično mnogo lakše spustiti od nivoa prvih bočnih režnjeva. Međutim, ovo povećanje bi trebalo biti umjereno. Podsetimo se i da je Sl. 2 je ilustrativna.

Iz navedenih razloga, pri korištenju metode „pozicioniranja trake“ treba imati na umu sljedeće: trake moraju biti metalne kako bi u potpunosti reflektirale električno polje. U ovom slučaju, položaj pruga se može jasno identificirati. Trenutno za mjerenje nivoa bočnih režnjeva

Rice. 2. Shema zračenja antene bez pruga (puna)

i sa prugama (

Rice. 3. Teorijski normalizovani dijagram zračenja u dB

koriste se dvije metode - teorijska i eksperimentalna. Obje metode se međusobno nadopunjuju, ali budući da se naši dokazi zasnivaju na usporedbi eksperimentalnih dijagrama antena bez lomova i sa prugama, u ovom slučaju ćemo koristiti eksperimentalnu metodu.

A. Teorijska metoda. Ova metoda se sastoji od:

Pronalaženje teoretskog uzorka zračenja (DP) antene koja se testira,

Mjerenja bočnih režnjeva ovog DN.

Dijagram antene se može uzeti iz tehničke dokumentacije antene, ili se može izračunati, na primjer, korištenjem programa Ma1!Ab ili korištenjem bilo kojeg drugog prikladnog programa koristeći poznate odnose polja.

Kao testna antena korišćena je reflektorska parabolična antena P2P-23-YKHA. Teorijska vrijednost DP-a dobijena je korištenjem formule za okrugli otvor s ravnomjernom pobudom:

] ka2E0e íkg Jl (ka 8Ipv)

Mjerenja i proračuni su obavljeni u E-ravni. Na sl. 3 prikazuje normalizirani polarni uzorak.

B. Eksperimentalna metoda. U eksperimentalnoj metodi treba koristiti dvije antene:

Testirana prijemna antena,

Predajna antena.

Dijagram antene testirane antene se određuje rotiranjem i fiksiranjem nivoa polja sa potrebnom tačnošću. Za poboljšanu preciznost, poželjno je čitati u decibelima.

B. Podešava nivo bočnih režnjeva. Po definiciji, prvi bočni režnjevi su oni koji su najbliži glavnom režnju. Da bi se fiksirao njihov položaj, potrebno je izmjeriti ugao u stupnjevima ili radijanima između smjera glavnog zračenja i smjera maksimalnog zračenja prvog lijevog ili desnog režnja. Smjerovi lijevog i desnog bočnog režnja trebali bi biti isti zbog simetrije uzorka, ali to možda nije slučaj u eksperimentalnom uzorku. Zatim morate odrediti i širinu bočnih latica. Može se definirati kao razlika između DN nula lijevo i desno od bočnog režnja. I ovdje treba očekivati ​​simetriju, ali samo u teoriji. Na sl. 5 prikazani su eksperimentalni podaci za određivanje parametara bočnog režnja.

Kao rezultat serije mjerenja, određen je položaj traka za antenu P2P-23-NKhA, koji su određeni rastojanjem (1,20-1,36) ^ od ose simetrije antene do trake.

Nakon određivanja parametara bočnog režnja, određuje se položaj pruga. Odgovarajući proračuni su izvedeni i za teorijski i za eksperimentalni DP koristeći istu metodu, opisanu u nastavku i ilustrovanu na Sl. 6.

Konstanta d - udaljenost od ose simetrije paraboličke antene do trake koja se nalazi na površini otvora paraboličkog ogledala, određena je sljedećim odnosom:

„D<Ф = ъ,

gdje je d eksperimentalno izmjerena udaljenost od tačke simetrije na površini ogledala do trake (slika 5); 0 - ugao između smjera glavnog zračenja i smjera maksimuma bočnog režnja pronađenog eksperimentalno.

Raspon vrijednosti za C nalazi se omjerom: s! = O / dv

za vrijednosti 0 koje odgovaraju početku i kraju bočnog režnja (što odgovara nulama uzorka).

Nakon određivanja C raspona, ovaj raspon se dijeli na više vrijednosti, od kojih se eksperimentalno bira optimalna vrijednost

Rice. 4. Eksperimentalna postavka

Rice. 5. Eksperimentalno određivanje parametara bočnih režnjeva. 6. Metoda pozicioniranja trake

rezultate

Testirano je nekoliko pozicija traka. Prilikom pomicanja pruga dalje od glavnog režnja, ali unutar pronađenog C raspona, rezultati su se poboljšali. Na sl. 7 prikazuje dva BP bez pruga i sa prugama, pokazujući jasno smanjenje nivoa bočnih režnjeva.

Table 1 prikazani su uporedni parametri dijagrama antene u smislu nivoa bočnih režnjeva, usmjerenosti i širine glavnog režnja.

Zaključak

Smanjenje nivoa bočnih režnjeva kada se koriste trake - za 23 dB (nivo bočnih režnjeva antene bez traka -

12,43 dB). U ovom slučaju, širina glavnog režnja ostaje gotovo nepromijenjena. Ova metoda je vrlo fleksibilna jer se može primijeniti na bilo koju antenu.

Međutim, određenu poteškoću predstavlja utjecaj višeputnih izobličenja povezanih s utjecajem tla i okolnih objekata na obrazac, što dovodi do promjene nivoa bočnih režnjeva do 22 dB.

Ova metoda je jednostavna, jeftina i može se završiti u kratkom vremenu. U nastavku ćemo pokušati dodati dodatne pruge na različitim pozicijama i istražiti trake za upijanje. Osim toga, radit će se na teorijskoj analizi problema primjenom metode geometrijske teorije difrakcije.

Shema zračenja dalekog polja antene P2F-23-NXA linearna magnituda - polarni dijagram

Rice. 7. DN antena P2F-23-NXA bez traka i sa prugama

Uporedni parametri antene

Nivo bočnog režnja

Teoretski DN (program Ma11ab) DN prema tehničkoj dokumentaciji 18 dB 15 dB

Izmjereni AP bez pruga 12,43 dB

Izmjereni DN sa prugama Sa višestrukom promjenom Bez multipath

Širina glavnog režnja u stepenima D D, dB

Teorijski DN (Ma ^ ab program) 16 161,45 22,07

DN prema tehničkoj dokumentaciji 16 161,45 22.07

Izmjereni DN bez traka 14 210.475 23.23

Mjereno MD sa prugama 14 210.475 23.23

Književnost

1. Balanis. C Teorija antene. 3rd Ed. Wiley 2005.

2. IEEE standardne procedure testiranja za antene IEEE Std. 149 - 1965.

3.http: //www.thefreedictionary.com/lobe

4. Searle AD., Humphrey AT. Dizajn antene sa niskim bočnim reflektorom. Antene i propagacija, Deseta međunarodna konferencija o (Conf. Publ. br. 436) Svezak 1, 14-17. april 1997. Strana (s): 17-20 tom 1. Preuzeto 26. januara 2008. iz IEEE baza podataka.

5. Schrank H. Niskobočne reflektorske antene. Antennas and Propagation Society Newsletter, IEEE sveska 27, izdanje 2, april 1985. Strana (s): 5 - 16. Preuzeto 26. januara 2008. iz IEEE baza podataka.

6. Satoh T. shizuo Endo, Matsunaka N., Betsudan Si, Katagi T, Ebisui T. Smanjenje nivoa bočnog režnja poboljšanjem oblika podupirača. Antene i propagacija, IEEE transakcije na tom 32, izdanje 7, jul 1984. Strana (s): 698 - 705. Preuzeto 26. januara 2008. iz IEEE baza podataka.

7. D. C Jenn i W. V. T. Rusch. "Dizajn reflektora sa niskim bočnim režnjem koristeći otporne površine", u IEEE Antennas Propagat., Soc./URSI Int. Symp. Dig., Vol. Mogao bih

1990, str. 152. Preuzeto 26. januara 2008. iz IEEE baza podataka.

8. D. C Jenn i W. V. T. Rusch. "Sinteza i dizajn reflektora s niskim bočnim režama pomoću otpornih površina", IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 39, str. 1372, sep.

1991. Preuzeto 26. januara 2008. iz IEEE baza podataka.

9. Monk AD., i Cjamlcoals PJ.B. Adaptivna nulta formacija sa reflektorskom antenom koja se može rekonfigurisati, IEEE Proc. H, 1995, 142, (3), str. 220-224. Preuzeto 26. januara 2008. iz IEEE baza podataka.

10. Lam P., Shung-Wu Lee, Lang K, Chang D. Bočna redukcija paraboličnog reflektora s pomoćnim reflektorima. Antene i propagacija, IEEE transakcije uključene. Svezak 35, broj 12, decembar 1987. Strana (i): 1367-1374. Preuzeto 26. januara 2008. iz IEEE baza podataka.

Antena, bez obzira na svoj dizajn, ima svojstvo reverzibilnosti (može raditi i za prijem i za zračenje). Često u mikrotalasnim vezama, ista antena može biti povezana i na prijemnik i na predajnik u isto vreme. Ovo omogućava da se signal emituje i prima u istom pravcu na različitim frekvencijama.

Gotovo svi parametri prijemne antene odgovaraju parametrima predajne antene, ali ponekad imaju malo drugačije fizičko značenje.

Uprkos činjenici da prijemne i predajne antene imaju princip dualnosti, u pogledu dizajna mogu se značajno razlikovati. To je zbog činjenice da odašiljačka antena mora proći kroz sebe značajne snage da bi prenijela elektromagnetski signal na velike (maksimalno moguće) udaljenosti. Ako antena radi za prijem, onda je u interakciji sa poljima vrlo niskog intenziteta. Vrsta strukture koja prenosi struju antene često određuje njene konačne dimenzije.

Možda je glavna karakteristika bilo koje antene dijagram usmjerenja. Iz toga proizlaze mnogi pomoćni parametri i tako važne energetske karakteristike kao što su pojačanje i usmjerenost.

Usmjereni obrazac

Dijagram usmjerenja (DP) je ovisnost jačine polja koje stvara antena na dovoljno velikoj udaljenosti od uglova posmatranja u prostoru. U volumenu, dijagram usmjerene antene može izgledati kao onaj prikazan na slici 1.

Slika 1

Ono što je prikazano na gornjoj slici naziva se i prostorna dijagramska usmjerenost, koja je površina volumena i može imati nekoliko maksimuma. Glavni maksimum, označen crvenom bojom na slici, naziva se glavni režanj dijagrama i odgovara smjeru glavnog zračenja (ili prijema). U skladu s tim, prve minimalne ili (rjeđe) nulte vrijednosti jačine polja oko glavnog režnja određuju njegovu granicu. Sve ostale maksimalne vrijednosti polja nazivaju se bočnim režnjevima.

U praksi postoje različite antene koje mogu imati više smjerova maksimalnog zračenja ili uopće nemaju bočne režnjeve.

Radi pogodnosti slike (i tehničke primjene), MD se obično razmatraju u dvije okomite ravni. Po pravilu, to su ravni električnog vektora E i magnetnog vektora H (koji su u većini medija okomiti jedni na druge), slika 2.

Slika 2

U nekim slučajevima, BP se razmatra u vertikalnoj i horizontalnoj ravni u odnosu na ravan Zemlje. Ravni dijagrami su prikazani polarnim ili kartezijanskim (pravougaonim) koordinatnim sistemima. U polarnim koordinatama, dijagram je vizualniji, a kada se postavi na kartu, možete dobiti ideju o području pokrivenosti antene radio stanice, slika 3.

Slika 3

Predstavljanje uzorka zračenja u pravokutnom koordinatnom sustavu pogodnije je za inženjerske proračune; takva konstrukcija se češće koristi za proučavanje strukture samog dijagrama. Za to se dijagrami grade normalizirano, s glavnim maksimumom svedenim na jedan. Slika ispod prikazuje tipičan normalizirani uzorak reflektorske antene.

Slika 4

U slučaju kada je intenzitet bočnog zračenja prilično nizak i teško je izmjeriti bočno zračenje na linearnoj skali, koristi se logaritamska skala. Kao što znate, decibeli čine male vrijednosti velikim, a velike vrijednosti malim, tako da isti dijagram na logaritamskoj skali izgleda ovako:

Slika 5

Prilično veliki broj karakteristika koje su važne za praksu može se izvući samo iz obrasca zračenja. Pogledajmo detaljnije dijagram prikazan gore.

Jedan od najvažnijih parametara je glavni režanj nulte emisije θ 0 i glavni režanj sa pola snage θ 0,5. Polovina snage je 3 dB, ili 0,707 jačine polja.

Slika 6

Slika 6 pokazuje da je širina glavnog režnja za nulto zračenje θ 0 = 5,18 stepeni, a širina na nivou polovine snage θ 0,5 = 2,15 stepeni.

Također, dijagrami se procjenjuju po intenzitetu bočnog i stražnjeg zračenja (snaga bočnih i stražnjih režnjeva), pa slijede još dva bitna parametra antene - to je koeficijent zaštite i nivo bočnih režnjeva. .

Koeficijent zaštite je omjer jačine polja koje zrači antena u glavnom smjeru prema jačini polja koje zrači u suprotnom smjeru. Ako se orijentacija glavnog režnja dijagrama posmatra u pravcu od 180 stepeni, onda je suprotna na 0 stepeni. Mogući su i bilo koji drugi smjer zračenja. Nađimo koeficijent zaštitnog djelovanja dijagrama koji se razmatra. Radi jasnoće, prikazaćemo ga u polarnom koordinatnom sistemu (slika 7):

Slika 7

Na dijagramu markeri m1, m2 predstavljaju nivoe zračenja u obrnutom, odnosno naprijed smjeru. Koeficijent zaštitnog djelovanja definira se kao:

U relativnim jedinicama. Ista vrijednost dB:

Nivo bočnog režnja (LBL) se obično specificira u dB, čime se pokazuje koliko je slab nivo bočnog režnja u poređenju sa nivoom glavnog režnja, slika 8.

Slika 8

Ovo su dva važna parametra svakog antenskog sistema, koji direktno proizilaze iz definicije dijagrama usmjerenja. KND i KU se često brkaju jedni s drugima. Pređimo na njihovo razmatranje.

Faktor usmjerenja

Faktor usmjerenog djelovanja (CDI) je omjer kvadrata jačine polja stvorenog u glavnom smjeru (E 0 2) i srednje vrijednosti kvadrata jačine polja u svim smjerovima (E cf 2). Kao što je jasno iz definicije, usmerenost karakteriše svojstva usmerenosti antene. LPC ne uzima u obzir gubitke, jer je određen snagom zračenja. Iz gore navedenog možete naznačiti formulu za izračunavanje KND-a:

D = E 0 2 / E cf 2

Ako antena radi za prijem, onda indikator usmjerenosti pokazuje koliko puta će se odnos snage signal/šum poboljšati kada se usmjerena antena zamijeni omnidirekcionom, ako smetnje dolazi ravnomjerno iz svih smjerova.

Za predajnu antenu, cifra usmjerenosti pokazuje koliko puta se mora smanjiti snaga zračenja ako se omnidirekciona antena zamijeni usmjerenom, uz zadržavanje iste jačine polja u glavnom smjeru.

Smjernost apsolutno omnidirekcione antene je očigledno jednaka jedinici. Fizički, prostorni uzorak zračenja takve antene izgleda kao idealna sfera:

Slika 9

Takva antena jednako dobro zrači u svim smjerovima, ali u praksi to nije izvodljivo. Dakle, to je neka vrsta matematičke apstrakcije.

Dobitak

Kao što je gore spomenuto, usmjerenost ne uzima u obzir gubitak antene. Parametar koji karakterizira svojstva usmjerenosti antene i uzima u obzir gubitak u njoj naziva se pojačanje.

Dobitak (KU) G je omjer kvadrata jačine polja koju stvara antena u glavnom smjeru (E 0 2) i srednje vrijednosti kvadrata jačine polja (E oe 2) koju stvara referentna antena , kada su snage koje se napajaju antenama jednake. Takođe napominjemo da se prilikom određivanja KU uzima u obzir efikasnost referentne i mjerene antene.

Koncept referentne antene je vrlo važan za razumijevanje pojačanja, a različite vrste referentnih antena se koriste u različitim frekventnim opsezima. U opsegu dugih / srednjih talasa, vertikalni monopolni četvrttalasni vibrator je uzet kao standard (slika 10).

Slika 10

Za takav referentni vibrator, D e = 3,28, dakle, pojačanje dugotalasne/srednjetalasne antene se određuje kroz usmjerenost na sljedeći način: G = D * ŋ / 3.28, gdje je ŋ efikasnost antene.

U opsegu kratkih talasa, kao referentna antena uzima se simetrični polutalasni vibrator, za koji je De = 1,64, zatim KU:

G = D * ŋ / 1,64

U mikrotalasnom opsegu (a to su skoro sve moderne Wi-Fi, LTE i druge antene), izotropni emiter, koji daje D e = 1, i koji ima prostorni dijagram prikazan na slici 9, uzima se kao referentni emiter.

Pojačanje je odlučujući parametar odašiljačkih antena, jer pokazuje koliko je puta potrebno smanjiti snagu dovedenu usmjerenoj anteni, u odnosu na referentnu, tako da jačina polja u glavnom smjeru ostane nepromijenjena.

KND i KU se uglavnom izražavaju u decibelima: 10lgD, 10lgG.

Zaključak

Stoga smo razmotrili neke karakteristike polja antene koje proizilaze iz dijagrama zračenja i karakteristika snage (usmjerenost i kontrola). Pojačanje antene je uvijek manje od usmjerenog djelovanja, budući da pojačanje uzima u obzir gubitak antene. Gubici mogu nastati zbog refleksije snage natrag u napojnu liniju napajanja, struje koje teku kroz zidove (na primjer, sirena), zasjenjenja dijagrama strukturnim dijelovima antene, itd. U stvarnim antenskim sistemima, razlika između LPC i KU može biti 1,5-2 dB.

Neka raspodjela struje po dužini antene bude konstantna:

Prave antene (na primjer, prorezni talasovod) ili štampani antenski nizovi često imaju ovu distribuciju struje. Izračunajmo dijagram zračenja takve antene:

Sada konstruirajmo normalizirani DN:

(4.1.)

Rice. 4.3. Linearni dijagram antene sa ujednačenom distribucijom struje

U ovom obrascu zračenja mogu se razlikovati sljedeća područja:

1) Glavni režanj je područje dijagrama zračenja gdje je polje maksimalno.

2) Bočne latice.

Sljedeća slika prikazuje polarni uzorak u kojem
ima vizuelniji oblik (slika 4.4).

Rice. 4.4 Shema zračenja linearne antene sa ujednačenom distribucijom struje u polarnom koordinatnom sistemu

Kvantitativnom procjenom usmjerenosti antene smatra se širina glavnog režnja antene, koja je određena ili nivoom od -3 dB od maksimuma ili nultom tačkom. Odredite širinu glavnog režnja na nivou nula. Ovdje možemo grubo pretpostaviti da za visoko usmjerene antene:
... Uslov jednakosti faktora sistema nuli može se približno napisati na sljedeći način:

S obzirom na to
, posljednji uslov se može prepisati na sljedeći način:

Za velike vrijednosti električne dužine antene (za male vrijednosti poluširine glavnog režnja antene), uzimajući u obzir da je sinus malog argumenta približno jednak vrijednosti argumenta, posljednji relacija se može prepisati kao:

Odatle konačno dobijamo omjer između širine glavnog režnja i veličine antene u dijelovima valne dužine:

Iz posljednje relacije slijedi važan zaključak: za linearnu antenu u fazi na fiksnoj talasnoj dužini, povećanje dužine antene dovodi do sužavanja dijagrama zračenja.

Procijenimo nivo bočnih režnjeva u ovoj anteni. Iz relacije (4.1) možemo dobiti uslov za ugaoni položaj prvog (maksimalnog) bočnog režnja:

(-13 dB)

Ispada da u ovom slučaju nivo bočnih režnjeva ne zavisi od dužine i frekvencije antene, već je određen samo oblikom amplitudske raspodele struje. Da bi se smanjio UBL, treba napustiti prihvaćeni oblik raspodjele amplitude (od uniformne raspodjele) i prijeći na raspodjelu koja pada na rubove antene.

5. Linearni antenski niz

5.1. Izvođenje izraza za dn lar

Izraz 4.2. omogućava vam da se lako prebacite sa polja linearnog kontinuiranog antenskog sistema u polje diskretnog antenskog niza. Da biste to učinili, dovoljno je postaviti trenutnu raspodjelu pod predznakom integrala u obliku rešetkaste funkcije (skup delta funkcija) s težinama koje odgovaraju amplitudama pobude elemenata i odgovarajućim koordinatama. U ovom slučaju, rezultat je dijagram zračenja antenskog niza kao diskretna Fourierova transformacija. Studenti master studija imaju priliku da sami implementiraju ovaj pristup kao vježbu.

6. Sinteza afr za dati dan.

6.1. Istorijski pregled, karakteristike problema sinteze antena.

Često se, kako bi se osigurao ispravan rad radiotehničkih sistema, postavljaju posebni zahtjevi za antenske uređaje koji su njihov sastavni dio. Stoga je projektovanje antena sa određenim karakteristikama jedan od najvažnijih zadataka.

U osnovi, zahtjevi se nameću dijagramu smjera (BP) antenskog uređaja i vrlo su raznolike prirode: specifičan oblik glavnog režnja dijagrama antene (na primjer, oblik sektora i kosekansa), određeni nivo bočnih režnjeva, može biti potreban pad u datom smjeru ili u datom rasponu uglova. Odjeljak teorije antena posvećen rješavanju ovih problema naziva se teorija sinteze antena.

U većini slučajeva nije pronađeno tačno rješenje za problem sinteze, a možemo govoriti o približnim metodama. Takvi problemi se proučavaju dugo vremena i pronađene su mnoge metode i tehnike. Određeni zahtjevi postavljaju se i metodama rješavanja problema sinteze antena: brzina; stabilnost, tj. niska osjetljivost na manje promjene parametara (frekvencija, veličine antene, itd.); praktična izvodljivost. Razmatraju se najjednostavniji metodi: parcijalni dijagrami i Fourierov integral. Prva metoda se zasniva na analogiji Fourierove transformacije i odnosu između amplitudsko-fazne distribucije i MD, a druga se temelji na proširenju MD serije u bazne funkcije (parcijalne MD). Često se rješenja dobijena ovim metodama teško primjenjuju u praksi (antene imaju lošu instrumentaciju, teško implementivu distribuciju amplitude-faze (AFD), rješenje je nestabilno). U i razmatrane metode da se uzmu u obzir ograničenja na PRA i izbjegne tzv. "Superdirekcioni efekat".

Odvojeno, vrijedi istaknuti probleme mješovite sinteze, od kojih je najvažniji problem fazne sinteze, odnosno pronalaženja fazne distribucije na datoj amplitudi, koja dovodi do potrebnog DP. Relevantnost problema fazne sinteze objašnjava se velikom upotrebom faznih antenskih nizova (PAR). Metode za rješavanje takvih problema opisane su u i.